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智能制造技术及装备研发中心

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智能制造技术及装备研发中心(浙江大学机械工程学院)


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中心依托浙江大学机械工程学院建设,中心主任曹衍龙教授,浙江大学制造技术及装备自动化研究所副所长,主要从事检测与控制、质量工程、智能制造等方面的科研和教学工作,入选浙江大学新星计划,浙江省151人才工程,受聘为河南省特聘教授。中心目前共有人员15名,其中教授2人,副教授3人,博士后1人,博士2人,硕士5人。

中心重点开展针对智能制造及智能工厂、智能检测装备、特种机器人、海洋装备的研发与产业化。目前已研发出阵列式光度立体视觉检测装备、精密检测定位装配系统、消防机器人样机,进入产业化中试阶段。



中心主要研究成果:

智能工厂规划与实施:智能工厂及车间工艺流程及布局数字化建模与优化、数字工厂的设计与建设、智能工厂与数字化车间信息集成方案设计、智能制造技术的应用与实施等。与杭州老板电器股份有限公司等多家上市企业进行合作,助其完成数字化车间/智能工厂的规划与实施。

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远程运维标准体系建设:依托工信部智能制造专项中的通用标准项目,基于远程运维系统的部署现状,对远程运维系统的关键技术问题进行规范,自主制定远程运维相关标准,开展远程运维的通用要求、业务流程、接口要求和安全要求等标准的自主制定,搭建标准试验验证平台对标准技术内容进行验证,建立远程运维标准贯彻实施的公共服务平台,为远程运维系统的实施部署提供指导和依据,帮助企业实现从生产型制造向服务型制造的战略转型升级。

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多传感器协同定位测量系统:面向复杂零件的在线实时测量,将高精度光电探针传感器和高分辨率显微视觉传感器安装于数控位移台,通过FPGA实现对两个传感器的微秒级同步触发和控制,再利用图像采集卡和光栅尺作为反馈单元采集测量数据,通过一系列数字化图像处理和数据处理获取被测物体的几何坐标信息,再通过拟合计算被测物体的尺寸及其装配精度。

系统整机结构采用天然大理石制造,具有精度高、热稳定性强的特点,各运动系统采用精密滚动导轨配合精密滚珠丝杠驱动,并采用光栅尺进行位置反馈,进行补偿后可保证各轴的运动误差(定位精度、直线度等)控制在1至2微米。该系统在汽车、机器人、电子信息、光学等多个领域具备广泛的应用前景,并可与计算机、人工智能、控制、材料等学科进行交叉和共享,该系统能够解决目前在智能制造、综合测量及误差分析等领域面临的集成平台缺失、智能化控制不足等问题,可配合机器人、微纳制造、工业自动化等科学研究和工业应用。                                    

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阵列式光度立体视觉检测装备:面向家电产品、汽车与国防装备等行业中广泛使用的大型薄壁件表面缺陷检测问题,提出基于N个独立光源和M个主镜并列的可扩展阵列式跨尺度计算成像系统,实现大型薄壁件表面凹坑、划痕、裂缝等微小缺陷的全自动、高速、高精度检测与识别。初期成果已成功搭建实验样机,在约1.5平方米的薄壁件上可实现小于0.1毫米的表面缺陷检测,具备传统二维视觉检测方法所无法比拟的超高精细度与准确度。该技术可广泛应用于家电、3C等行业中金属外观件的表面缺陷检测,对于消费产品外观件的零缺陷智能制造具有重要的理论和工程应用价值。目前已经与老板电器洽谈油烟机罩表面缺陷自动检测应用。

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大景深高分辨率光场计算成像及目标识别与定位技术: 集多种不同焦距的异构相机阵列系统,实现大景深高分辨计算成像,基于四维光场的视差与模糊线索结合深度学习对非结构化复杂环境进行精确三维环境建模、目标识别与定位等,为智能体在复杂环境中的任务建模与追踪控制提供大范围高精度视觉伺服。异构式光场成像系统包含多种不同焦距的镜头,在大光圈极短曝光条件下,可大幅度提升视觉系统的景深范围和深度分辨率。通过融合一系列在不同深度的低分辨率图像获取大景深高分辨率的二维图像,从而可应用机器学习类判别模型从二维图像中识别并粗定位时空不变特征和追踪目标,再基于视差与模糊线索的联合稀疏深度估计,对特征与目标进行精确三维定位。该成像系统亦可通过卡尔曼滤波、粒子滤波等高效的算法融合包括GPS、IMU等在内的多种传感器信息,提高智能体在复杂环境下执行任务的控制精度。

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精密检测定位装配系统:精密四轴数控系统配合高分辨率双视觉伺服,可实现对零部件的高速高精度检测、定位和装配。双视觉伺服四轴精密数控系统;基于人工智能的自动光学检测算法;微米级精度高速装配。本系统各轴运动重复定位精度小于±0.005mm,旋转精度小于0.001°,装配垂直度小于0.01mm。系统采用自标定方法准确标定出相机参数、相机之间的相对位置关系及角度偏差等,系统标定精度为±0.005mm。完善的系统误差标定不仅可以提高相机的图像采集性能,并且可以极大的降低系统对于机械设备精度的要求,从而提高系统的装配精度。可广泛应用于电子消费类产品元器件自动光学检测、定位及高精度装配,预期市场规模在十亿元左右。

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履带式全地形智能消防机器人:高密度电池供电,大功率电机驱动,大扭矩输出和高性能底盘运载,机器人环境适应性强,动力输出达220n/m,可拖拽水管60m以上;机身搭载大流量水炮,可实现直流/喷雾两种模式,实现快速降温抢险,火灾扑灭能力强;搭载多合一气体检测装置,对现场有毒气体进行检测避免二次事故发生;远传距离达500m ,抗干扰性强,信号无滞后、可同步反馈现场情况,为救援决策提供可靠的决策依据。适用于石油化工、油罐区、大型仓库、小型森林火灾等大面积场所的A、B类火灾。

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永磁调速器:磁涡流调速器是一种利用感应涡流传递动力和调节转速的非接触式机械传动系统,具有非接触式柔性传动的特性,可有效实现过载保护以及系统隔振降噪;可实现大范围无级调速,具有一定延迟缓冲特性,对复杂多变、冲击载荷具备极强适用性;对电网无谐波扰动,系统总体节能效果显著,节能效率范围可达25%-66%。适用于水泵、风机、鼓风机、离心机和散装输送设备等工业节能技术领域,设备目前已在芜湖铭信科技节能有限公司投入使用。

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实验室的建设

已建成枣庄市智能制造技术与装备重点实验室:实验室面向国际科学前沿,面向国家战略需求,以智能制造技术为主攻方向,旨在智能检测技术及装备研发、精密在线智能检测系统、3D传感技术和无人机技术、智能工厂、远程运维标准化等方面取得技术突破。实验室将与地方企事业单位结合,组建若干联合研究平台。四年内,实验室计划完成2项以上标志性产业化技术项目,在山东科技转化实现产值5000万元以上,申请发明专利10件以上,力争成为具备强大造血功能的创新服务群体,支撑山东建设发展成为国内领先、国际知名的“智能制造”产业基地和人才高地。

与国内外高校、研究院所及企业联合成立了多家联合实验室,包括与法国巴黎萨克雷大学共建中法精度与装配创新实验室、与中国电子标准化研究院共建工业物联网联合实验室、与深圳玖坤集团共建智能制造联合实验室等。

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产业化公司

中心已孵化山东创致智能科技有限公司,公司开展针对智能制造相关技术的研究、应用与产业化,产品包含智能工厂建设(方案设计与智能车间建设)、高精度智能装配(面向3C产品)设备等,推进枣庄及山东制造行业智能制造技术的应用,为枣庄及山东提供优质的智能制造产品和相关科技服务。